1、汽车构造汽车构造电子教案电子教案10/22/20221第一节第一节 概述概述 所谓增压就是将空气预先压缩然后再供人气缸，以期提高空气密度、增加进气量的一项技术。由于进气量增加，可相应地增加循环供油量，从而增加发动机的升功率。同时，增压不仅可以改善燃油经济性，而且还作为控制排放的有效技术措施之一而得到广泛应用。实践证明，在小型汽车发动机上采用涡轮增压或机械增压后，当汽车以正常的经济车速行驶时，不仅可以获得良好的燃油经济性，而且还可以有效地降低有害排放物的比排放(单位功率小时的排放量)。同时，由于发动机功率增加，还可改善车辆的加速性。根据提高进气密度(增压)的方式不同，或驱动压气机的方式不同，增压
2、发动机分为机械增压、废气涡轮增压和气波增压等三种基本类型。实现进气增压的装置称为增压器。上述三种基本增压类型所用的增压器，分别称为机械增压器、废气涡轮增压器和气波增压器。10/22/20222哈尔滨工业大学（威海）机械增压器机械增压器4由发动机曲轴1经齿轮增速器5驱动(图7-1a)，或由曲轴齿形传动带轮经齿形传动带9及电磁离合器6驱动(图7-1b)。机械增压能有效地提高发动机功率，与涡轮增压相比，其低速增压效果更好。另外，机械增压器与发动机容易匹配，结构也比较紧凑。但是，由于驱动增压器入消耗发动机功率，因此燃油消耗率比非增压发动机略高。10/22/20223哈尔滨工业大学（威海）涡轮增压器涡轮
3、增压器由涡轮机2和压气机3构成，如图7-2所示。将发动机排出的废气引入涡轮机，利用废气所包含的能量推动涡轮机叶轮旋转，并带动与其同轴安装的压气机叶轮工作，新鲜空气在压气机内增压后进入气缸(图7-2)。涡轮增压的优点是经济性比机械增压和非增压发动机好，并可大幅度地降低有害气体的排放和噪声水平。涡轮增压的缺点是低速时转矩增加不多，而且在发动机工况发生变化时，瞬态响应差，致使汽车加速性，特别是低速加速性差。10/22/20224哈尔滨工业大学（威海）气波增压器气波增压器中有一个特殊形状的转子3，由发动机曲轴带轮经传动带4驱动(图7-3)。在转子3中发动机排出的废气直接与空气接触，利用空气压力波使空气
4、受到压缩，以提高进气压力。气波增压器结构简单，加工方便，工作温度不高，不需要耐热材料，也无需冷却。与涡轮增压相比，其低速转矩特性好，但是体积大，噪声水平高，安装位置受到一定的限制。目前，这种增压器还只能在低速范围内使用。由于柴油机的最高转速比较低，因此多用于柴油机上。10/22/20225哈尔滨工业大学（威海）汽油机比柴油机增压困难的原因汽油机增压比柴油机增压要困难的多，其主要原因是:1)汽油机增压后爆燃倾向增加。2)由于汽油机混合气的过量气系数小，燃烧温度高，因此增压后汽油机和涡轮增压器的热负荷大。3)车用汽油机工况变化频繁，转速和功率范围宽广，致使涡轮增压器与汽油机的匹配相当困难。4)涡轮
5、增压汽油机的加速性较差。当节气门突然开大要求混合气量迅速增加时，却由于增压器转子的惯性，使增压器加速迟缓，发动机进气量的增加将滞后一段时间。完全消除涡轮增压器对发动机工况变化的影响滞后现象比较困难。10/22/20226哈尔滨工业大学（威海）采取的措施1)在电控汽油喷射式发动机上实行汽油机增压，解决了发动机与涡轮增压器匹配的困难。应用电控技术可以极其方便地对汽油机增压系统进行爆燃控制，放气控制和排放控制等。2)应用点火提前角自适应控制，来克服由于增压而增加的爆燃倾向。利用装在发动机上的爆燃传感器检测爆燃信息，并将其传输给电控单元(ECU)，电控单元则发出指令推迟点火以消除爆燃。待爆燃消除后，自
6、适应地逐步加大点火提前角，使发动机在比较理想的状况下工作。3)对增压后的空气进行中间冷却。这样对提高功率，降低油耗，降低热负荷和减轻爆燃都十分有利。4)采用增压压力调节装置。涡轮增压发动机的低转速转矩小，加速性差。为了获得低速、大转矩和良好的的加速性，轿车由涡轮增压的设计转速常为标定转速的40%。但在高转速时，增压压力将会过高，增压器可能超速。过高的增压压力使汽油机热负荷过大并发生爆燃，为此必须采用增压压力调节装置，以控制增压压力。最为简单而又十分有效的这类装置是进排气旁通阀或放气阀。10/22/20227哈尔滨工业大学（威海）第二节 机械增压机械增压器根机械增压器根据压气机的工据压气机的工作
7、原理分为机作原理分为机械离心式增压械离心式增压器、罗茨式增器、罗茨式增压器、滑片式压器、滑片式增压器、螺旋增压器、螺旋式增压器和转式增压器和转子活塞式增压子活塞式增压器等器等(图图7-4)。10/22/20228哈尔滨工业大学（威海）一、机械增压系统 图7-5所示为电控汽油喷射式发动机上采用罗茨式压气机的罗茨式机械增压系统的示意图，由发动机曲轴带轮12经传动带和电磁离合器带轮II驱动增压器6工作。当发动机在小负荷下运转时不需要增压，这时电控单元(ECU)根据节气门位置传感器3的信号使电磁离合器断电，增压器停止工作。与此同时，电控单元门向进气旁通阀5通电使其开启，即在不增压的情况下，空气经进气旁
8、通阀5及旁通管路进入气缸。在进入气缸之前，空气先经中冷器7降温。爆燃传感器9安装在发动机机体上，它将发动机发生爆燃的信号传输给电控单元17，电控单元则发出相应的指令减小点火提前角，以消除爆燃。10/22/20229哈尔滨工业大学（威海）10/22/202210哈尔滨工业大学（威海）罗茨式压气机的转子罗茨式压气机的工作原理如图所示。当转子旋转时，空气从压气机人口收入，在转子叶片的推动下空气被加速，然后从压气机出口压出。出口与入口的压力比可达1.8。罗茨式压气机结构简单、工作可靠、寿命长，供气量与转速成正比。10/22/202211哈尔滨工业大学（威海）罗茨式压气机的工作原理罗茨式压气机的工作原理
9、如图7-8所示。当转子旋转时，空气从压气机入口吸入，在转子叶片的推动下空气被加速，然后从压气机出口压出。出口与入口的压力比可达1.8。10/22/202212哈尔滨工业大学（威海）三、电磁离合器 机械式增压器一般由发动机曲轴来驱动。为了改善发动机的低速性能，通过发动机曲轴驱动增压器时，在二者之间设置增速器(变速器)(参看图7-4)，以根据不同的发动机转速调整最适合的增压器工作转速，保证发动机的低速特性。图7-9表示安装在传动带轮1中的一种电磁离合器结构。电控单元根据发动机工况的需要，发出接通或切断电磁离合器电源的指令，以控制增压器的工作。当接通电源时，电磁线圈3通电，主动板2吸引从动摩擦片6，
10、使离合器处于接合状态，增压器工作。当切断电源时，电磁线圈断电，主动板与从动摩擦片分开，增压器停止转动。10/22/202213哈尔滨工业大学（威海）10/22/202214哈尔滨工业大学（威海）10/22/202215哈尔滨工业大学（威海）10/22/202216哈尔滨工业大学（威海）二、涡轮增压器的结构及工作原理车用涡轮增压器由离心式压气机和径流式涡轮机及中间体三部分组成。增压器5通过两个浮动轴承9支承在中间体14内。中间体内有润滑和冷却轴承的油道，还有防止润滑油漏入压气机或涡轮机中的密封装置等。10/22/202217哈尔滨工业大学（威海）n涡壳的作用是收集从扩压管流出的空气，并将其引向压
11、气机出口。空气在涡壳中继续减速增压，完成汽油动能向压力转变的过程。n压气机叶轮由铝合金精密铸造，涡壳也用铝合金铸造。n涡轮机是将发动机排气的能量转变为机械功的装置。径流式涡轮机由蜗壳、喷管、叶轮和出气道等组成(图7-14)，蜗壳4的进口与发动机排气管相连，发动机的排气经蜗壳引导进入叶片式喷管3。喷管是由相邻叶片构成的渐缩形流道。排气流过喷管时降压、降温、增速、膨胀，使排气的压力能转变为动能。由喷管流出的高速气流冲击叶轮1，并在叶片2所形成的流道中继续膨胀作功，推动叶轮旋转。10/22/202218哈尔滨工业大学（威海）径流式涡轮机涡轮机是将发动机排气的能量转变为机械装置。径流式涡轮机由涡壳，喷
12、管，叶轮和出气道等组成（图7-13）。涡壳4的进口与发动机排气管相连，发动机排气经涡壳引导进入叶片式喷管3。喷管是由相邻叶片构成的减缩形流道。排气流过喷管时降压，降温，增速，膨胀，使排气的压力能转变为动能。由喷管流出的高速气流冲击叶轮1，并在叶片2所形成的流道中继续膨胀做功，推动叶轮旋转。与压气机的扩压管类似，涡轮机的喷管也有叶片式和无叶片式之分。现代车用径流式涡轮机多采用无叶片使喷管（参看图7-11）涡轮机的涡壳除具有引导发动机排气以一定的角度进入涡轮机叶轮的功能之外，还有将排气的压力能和热能部分地转变动能的作用。涡轮机叶片经常在900摄氏度高温的排气冲击下工作，并承受巨大的离心力的作用，所以采用镍基耐热合金钢或陶瓷材料制造。用质量轻并且耐热的陶瓷材料可使涡轮机叶轮的重量大约减少三分之二，涡轮增压加速滞后的问题也在很大程度上得到改善。喷管叶片用耐热和抗腐蚀的合金钢铸造或机械加工成形。涡壳用耐热合金铸铁铸造，内表面应该光洁，以减少气体流动损失。10/22/202219哈尔滨工业大学（威海）10/22/202220哈尔滨工业大学（威海）10/22/202221哈尔滨工业大学（威海）
